Студенческая ракета достигла гиперзвуковых скоростей
Студенты из Университета Южной Калифорнии (USC) побили международный рекорд высоты, запустив любительскую ракету на высоту 470 000 футов в космос. Космический аппарат Aftershock II теперь побил 20-летний рекорд, установленный любителями из Гражданской команды по исследованию космоса (CSXT), которым в 2004 году удалось запустить свою ракету на высоту 380 000 футов.
Но аппарат USC Aftershock II также достиг гиперзвуковых скоростей — достиг максимальной скорости 5283 фута в секунду при 5,5 Махах, что более чем в пять раз превышает скорость звука.
Теперь их намеренно облегченная ракета весом около 330 фунтов вошла в историю как первый запуск, осуществленный частными лицами, не входящими в правительство или частную промышленность, который когда-либо поднимался так далеко за пределы земной атмосферы.
Студент-старшекурсник Райан Кремер, который работал исполнительным инженером над проектом, сказал, что Aftershock II может похвастаться "самым мощным твердотопливным двигателем, который когда-либо запускался студентами, и самым мощным двигателем с композитным корпусом, созданным любителями".
Аппарат высотой 13 футов и диаметром восемь дюймов заправлялся твердым химическим топливом "перхлорат аммония композит", изготовленным на заказ самими студентами.
"Используя формулу, разработанную студентами клуба, - сообщают в Лаборатории ракетного движения Университета Южной Калифорнии (USCRPL), - каждое топливо изготавливается в USCRPL из первичных химикатов, что отличает клуб от многих других университетских ракетных команд".
Примечательно, что и Aftershock II от USC, и предыдущий рекордсмен CSXT были запущены из одного и того же места: отдаленной пустыни Блэк-Рок, в 100 милях к северу от Рино, штат Невада.
В последний раз студенты USCRPL входили в историю в 2019 году, когда клуб стал первой студенческой группой, запустившей ракету над линией Кармана - международно признанной юридической границей, отделяющей атмосферу Земли от космического пространства, расположенной на высоте 62 миль над уровнем моря.
Aftershock II поднялся еще на 27 миль в космос, в общей сложности на 89 миль.
"Эта выдающаяся группа студентов показывает, как нужно представлять, что можно сделать в лаборатории и как воплотить это в реальность", - сказал Яннис Йорцос, декан инженерной школы Витерби при Университете Калифорнии в Лос-Анджелесе, в заявлении университета.
"Приятно видеть, что теперь они побили не только свой предыдущий мировой студенческий рекорд по достижению рубежа Кармана, - добавил Йорцос, - но и рекорд любой любительской команды в истории".
Способность ракеты выдерживать высокую температуру и трение при гиперзвуковом подъеме со скоростью 5,5 Маха стала возможной благодаря новой конструкции теплозащиты club, которая включала в себя новую покраску и титановое покрытие стабилизаторов ракеты.
"Титан не только предотвратил истирание, но и фактически посинел от сильного нагрева во время полета благодаря анодированию", - говорит Кремер, который в свободное от работы в USCRPL время специализируется в области машиностроения.
По его словам, реакция горячего анодирования при трении газообразного кислорода об эти ребра "действительно демонстрирует, какие экстремальные условия успешно выдержала наша ракета".
"Тепловая защита на гиперзвуковых скоростях является серьезной проблемой на промышленном уровне, - добавил студент, - и разработанная нами система защитной окраски отлично зарекомендовала себя, позволив ракете вернуться практически неповрежденной.
В предыдущих версиях ракетных ребер USCRPL кромки были выполнены из чистого углерода.
Последняя историческая ракета клуба, Traveler IV, запущенная в 2019 году, вернулась с конвейера Karman с "полностью обгоревшей" краской на ракете и "повреждениями от чрезмерного нагрева" на передних кромках плавника.'
"Чтобы превзойти стандарты, которые мы установили для себя в Traveler IV, нам пришлось решить множество технических и эксплуатационных проблем", - отметил Кремер.
Например, для приведения в действие твердотопливного двигателя Aftershock II, работающего за пределами земной атмосферы, в конечном итоге потребовалось около 200 фунтов топлива, состоящего в основном из гранул топлива с контролируемым высвобождением, известных в промышленности как топливо типа БЕЙТСА.
Команде также предстояло спроектировать и запрограммировать уникальную систему авионики, которая будет управлять самолетом и записывать данные о полете, которые будут использованы в официальном документе об историческом запуске Aftershock II, опубликованном 14 ноября.
Разработанный USCRPL специальный комплекс авионики, получивший название "Высотный модуль для зондирования, телеметрии и электронного восстановления" или система "ХОМЯК", включал в себя радиопередатчик для измерения высоты и вычислительную мощность на пяти печатных платах.
Интегрирующая плата HAMSTER объединила данные датчиков, поступающие от магнитометра, гироскопа и акселерометра ракеты, чтобы точно определить наивысшую точку ракеты, или апогей.
А его "Светосильный дальномер-ретранслятор" измерял расстояние до нескольких точек на земле, чтобы вычислить радиосигнал, основанный на методе, подобном радару, известном как трилатерация.
